Сцепление. Что это такое и какие они бывают

После того, сак был построен и усовершенствован двигатель внутреннего сгорания, встал вопрос о передаче крутящего момента на ведущие колеса автомобиля. Так возникла необходимость создания механизмов трансмиссии автомобиля, главные из которых сцепление и коробка передач. Гидромуфта Fluid Drive Сразу же за двигателем размещается механизм сцепления. Необходимость фрикционного сцепления в автомобиле с двигателем внутреннего сгорания и коробкой передач диктуется невозможностью пуска такого двигателя под полной нагрузкой и, кроме того, наличие сцепления дает возможность после пуска двигателя, разобщенного с передаточным механизмом, плавно и достаточно мягко тронуться с места при его постепенном включении. Фрикционное сцепление служит также для разобщения двигателя и передаточного механизма при изменении скорости. На всех сцеплениях общепризнанным является наличие одной или нескольких удерживающих пружин. Для изменения скорости нажатием педали сцепление выключается, а после введения шестерен коробки передач в зацепление оно снова включается при отпускании педали. Со времен первых автомобилей механизм сцепления прошел несколько стадий развития, причем в современных легковых автомобилях доминирует так называемый "сухой" тип однодискового сцепления. Но так было не всегда. На автомобилях начала века весьма широко были распространены механизмы конусного сцепления двух типов: с прямым и обратным конусом. Кок правило, прямой конус устанавливался в маховик двигателя, обод которого растачивался под углом 15° для образования наружного конуса, а к тому наружному конусу одной или несколькими пружинами цилиндрического типа прижимался внутренний конус. В обратном конусе наружная часть состояла из чугунного или стального кольцо, прикрепленного болтами к ободу маховика, в которое входил внутренний конус с конца маховика двигателя. Обратный конус был хорошо приспособлен для использования в двигателях с моноблочной отливкой цилиндров, так как являлся более компактным, а его пружины располагались между маховиком и конусом сцепления. Рабочие поверхности конусов оклеивались кожей. Чем больше был размер конуса, тем более жесткой была пружина, а следовательно, и белее трудоемкое включение сцепления, отнимающее больше энергии у водителя. Для замены кожаных прокладок сцепление приходилось разбирать, при этом пружина нередко выскакивала и могла поранить механика или водителя. Для того, чтобы избежать износа прокладок, их ежедневно смазывали жиром. В этой процедуре участвовали три человека: один нажимал педаль, другой вращал заводную рукоятку, а третий, сняв крышку люка в полу кузова, пробирался к механизму сцепления и наносил жир не накладки. Многодисковое сцепление, работающее в масле

На смену конусным механизмам сцепления пришли сцепления с механическими дисками. Этот тип сцепления сыграл важную роль в развитии трансмиссии автомобиля, хотя и применяло довольно короткий промежуток времени. Это бы г первый тип многодискового сцепления с металлическими дисками, работающими в масле. Именно такой механизм заменил коническое сцепление на мошны а и дорогих автомобилях, так ка» большую мощность уже невозможно было передать посредством конического сцепления. Большинство многодисковых сцеплений имели конические диски из бронзы и стали, установленные попеременно. На них были V-образные канавки стороны которых образовывали угол в 35°. В таких механизмах сцепления в соприкосновение входили только стороны канавок, а остальные части дисков служили для отвода тепла. Во внутренних стенках канавок ближе к их вершине были отверстия, через которые свободно могло перетекать масло. Для такого сцепления было характерно некоторое расклинивающее действие, подобное происходящему и в конических сцеплениях, поэтому требовалось меньшее давление пружины, чем при сцеплении плоскими дисками того же числа и размеров для передачи той же мощности. Однако для получения достаточного зазора диски приходилось разводить но большее расстояние.

Коэффициент трения дисков, работающих в масле, значительно меньше, чем дисков, покрытых асбестовой тканью, и сухого металла. Поэтому для создания такого же давления пружины в многодисковом сцеплении, работающем в масле, требовалось значительно больше дисков, чем в многодисковом сцеплении с сухими дисками. В результате - больший момент инерции ведомой части, что делало затруднительным переключение скоростей. Однако наибольшее неудобство сцеплений с металлическими дисками, работающими » масле, заключалось во влиянии погоды на вязкость масло. Обычно использовалась смесь из 50% моторного масла и 50% керосина, но при температуре окружающего воздуха ниже 0 С эта смесь становилась настолько вязкой, что сцепление починало пробуксовывать. Качество смеси зависело как от количества масла, так и от его качества, а когда требовалось добавить масла, трудно было получить смесь нужного состава.

Чтобы избежать неудобств от пробуксовки при включениях, было разработано многодисковое сцепление с "сухими" дисками. Оно состояло из двух комплектов металлических дисков один ведущий, другой - ведомый. Один из этих комплектов, преимущественно ведомый, обшивался с обоих сторон асбестовой тканью. В этом типе сцепления рычаги включения не использовались, и давление пружины непосредственно приводили диски в соприкосновение. Одно время было принято устанавливать большее число дисков и держать давление на единицу поверхности очень низким, так как казалось, что это должно увеличить продолжительность срока службы фрикционной обшивки. Но при таком большом числе дисков наблюдалась склонность сцепления к пробуксовке, а после этого переключение шестерен в коробке передач оказывалось затруднительным, так как ведомые диски были достаточно тяжелыми. Поэтому использовавшиеся на автомобилях многодисковые сцепления имели относительно небольшое число дисков.

Постепенно количество дисков уменьшилось до одного или двух, и их стали снабжать накладками из специального, не требующего смазки фрикционного материала. Тем не менее, все перечисленные типы сцеплений не произвели такой революции в конструкции трансмиссии автомобиля, какая выпала не долю гидравлического сцепления или гидромуфты.

Все конструкции механических сцеплений оказались примитивными, так как они включались рывками, что неприятно сказывалось но пассажирах и механизмах автомобиля, о отсутствие рывков целиком зависело от квалификации водителя. Также механические сцепления иногда пробуксовывали или не включались вовсе.

В противоположность паровым и электрическим силовым агрегатам бензиновый двигатель не может развить высокий крутящий момент, необходимый для трогания автомобиля, на небольших оборотах. Паровой двигатель при трогании с места сразу развивает достаточный крутящий момент, чтобы сдвинуть с места, например, длинный железнодорожный состав и начать движение. Также и электродвигатель, например, стартер, развивает наибольший крутящий момент, когда вращается с наименьшим числом оборотов, бензиновый же двигатель но малых оборотах имеет незначительную мощность, поэтому, чтобы автомобиль тронулся с места, необходимо достичь 1000-2000 об/мин. Эти недостатки двигателя внутреннего сгорания может свести на нет эластичное жидкостное его соединение с ведущими колесами автомобиля, что и позволяет сделать гидромуфта или гидротрансформатор. Он был изобретен в Германии в 1907 году Фетингером и использовался на судах для снижения числа оборотов паровой турбины. А широкое распространение гидротрансформаторов на автомобилях началось вскоре после того, как такое сцепление, названное Fluid Drive, появилось на машинах Oldsmobile 1940 года.

Как же работает гидравлическое сцепление? Оно состоит как бы из двух чашек с перегородками. Чашки тщательно подогнаны друг к другу. Одна из них насажена на коленвал двигателя вместо моховика, другая — но первичный вал планетарной механической коробки передач. Чаши заполнены маслом. Когда двигатель работает на малых оборотах, вращается только ведущая чаша, связанная с двигателем. Сцепление частиц масло невелико, а в другой - ведомой чаше - масло остается неподвижным. Когда водитель увеличивает обороты двигателя, жидкость в ведущей чаше начинает увлекать за собой жидкость в ведомой. Между перегородками чаш образуются плотные масляные кольца, которые давят но перегородки ведомой чаши и заставляют ее вращаться вместе с ведущей. Это обеспечивает плавное трогание автомобиля с места. Однако все гидротрансформаторы запоздывают, и трогание автомобиля с место происходит с небольшим промежутком времени. Поэтому гидромуфты и автоматические коробки передач не нашли применении ни спортивных и гоночных автомобилях, где имеют значение даже сотые доли секунды. До и для квалифицированных водителей управление обычной коробкой передач с механическим сцеплением — удовольствие. Хотя гидромуфта упрощает управление автомобилем, ее конструкция достаточна сложно, как и производство, поэтому раньше гидромуфты использовались только на дорогих автомобилях, имеющих достаточный запас мощности. По мере совершенствования двигателей гидромуфты полупили распространение но средних и небольших автомобилях, о повсеместное применение автоматических сцеплений и коробок передач, вероятно, дело будущего.

Александр Новиков